اكتشف الفيزيائيون جسيمًا غريبًا جدًا ليس جسيمًا على الإطلاق

يبدو وكأنه بداية لغز فيزيائي سيئ للغاية: أنا جسيم ليس كذلك حقًا ؛ أختفي قبل أن يتم اكتشافي ، لكن يمكن رؤيته. لقد كسرت فهمك للفيزياء ولكن لا أصلح علمك. من أنا؟

إنه odderon ، جسيم غريب أكثر مما يوحي اسمه ، وربما تم اكتشافه مؤخرًا في Large Hadron Collider ، أقوى جهاز تحطيم الذرة ، حيث يتم ضغط الجسيمات بسرعة قريبة من الضوء بطول 17 ميلًا تقريبًا ( 27 كيلومترًا) بالقرب من جنيف في سويسرا.

الأمر معقد فقط

أولاً ، إن odderon ليس جسيمًا حقًا. ما نفكر فيه كجسيمات عادة ما يكون مستقرًا جدًا: الإلكترونات والبروتونات والكواركات والنيوترينوات وما إلى ذلك. يمكنك حمل مجموعة منها في يدك وحملها معك. هيك ، يدك مصنوعة منهم حرفيا. ولا تتلاشى يدك في الهواء الرقيق في أي وقت قريب ، لذا يمكننا على الأرجح أن نفترض بأمان أن جزيئاتها الأساسية موجودة على المدى الطويل.

هناك جسيمات أخرى لا تدوم طويلاً ولكن لا تزال تسمى جسيمات. على الرغم من عمرها القصير ، فإنها لا تزال جزيئات. إنها حرة ومستقلة وقادرة على العيش بمفردها ، منفصلة عن أي تفاعلات - تلك هي السمات المميزة للجسيم الحقيقي.

ثم هناك ما يسمى بالجسيمات شبه الرباعية ، وهي خطوة واحدة فقط فوق كونها ليست جسيمًا على الإطلاق. الجسيمات شبه ليست جزيئات بالضبط ، لكنها ليست خيالية تمامًا أيضًا. إنها فقط ... معقدة.

كما هو الحال ، معقدة حرفيا. على وجه الخصوص ، تصبح تفاعلات الجسيمات بسرعات فائقة عالية معقدة. عندما يصطدم بروتونان ببعضهما بسرعة الضوء تقريبًا ، فإن الأمر لا يشبه كرات البلياردو المتصدعة معًا. إنه أشبه بنقطتين من قناديل البحر تتمايل في بعضهما البعض ، وتحول أحشائهما إلى الداخل وإعادة ترتيب كل شيء قبل أن يعودوا إلى قناديل البحر في طريقهم للخروج.

شعور شبه

في كل هذا الفوضى المعقدة ، تظهر أحيانًا أنماط غريبة. تندفع جسيمات صغيرة إلى الوجود وتخرج منه في غمضة عين ، ويتبعها جسيم عابر آخر - وآخر. في بعض الأحيان تظهر هذه الومضات من الجسيمات في تسلسل أو نمط معين. في بعض الأحيان لا يكون هناك وميض من الجسيمات على الإطلاق ، ولكن مجرد اهتزازات في حساء خليط التصادم - الاهتزازات التي تشير إلى وجود جسيم عابر.

هنا يواجه الفيزيائيون معضلة رياضية. يمكنهم إما محاولة وصف كل الفوضى المعقدة التي تؤدي إلى هذه الأنماط الفوارة بشكل كامل ، أو يمكنهم التظاهر - لمجرد الراحة - أن هذه الأنماط هي "جسيمات" في حد ذاتها ، ولكن بخصائص غريبة ، مثل الكتل السلبية وتدور تتغير مع الوقت.

يختار الفيزيائيون الخيار الأخير ، وبالتالي يولد الجسيم شبه. الجسيمات شبه عبارة عن أنماط موجزة وفوارة أو تموجات من الطاقة تظهر في وسط تصادم الجسيمات عالية الطاقة. ولكن بما أن الأمر يتطلب الكثير من العمل الشرعي لوصف هذا الوضع رياضيًا بشكل كامل ، فإن الفيزيائيين يأخذون بعض الاختصارات ويتظاهرون بأن هذه الأنماط هي جسيماتهم الخاصة. يتم ذلك فقط لجعل الرياضيات أسهل في التعامل معها. لذا ، يتم التعامل مع الجسيمات شبه كجزيئات ، على الرغم من أنها بالتأكيد ليست كذلك.

إنه مثل التظاهر بأن نكات عمك مضحكة بالفعل. هو quasifunny بحتة من أجل الراحة.

مساء الاحتمالات

نوع واحد معين من الجسيمات شبه يسمى odderon ، الذي يتوقع وجوده في السبعينيات. يُعتقد أنه يظهر عند وميض عدد غريب من الكواركات - الجزيئات الكثيفة التي تشكل اللبنات الأساسية للمادة - لفترة وجيزة أثناء وجودها في البروتونات والبروتونات المضادة. إذا كان odderons موجودًا في سيناريو التحطيم هذا ، فسيكون هناك اختلاف طفيف في المقاطع العرضية (المصطلحات الفيزيائية عن مدى سهولة إصابة جسيم آخر) من التصادمات بين الجسيمات مع نفسها ومع الجسيمات المضادة لها.

لذا ، إذا صدمنا مجموعة من البروتونات معًا ، على سبيل المثال ، يمكننا حساب مقطع عرضي لهذا التفاعل. بعد ذلك ، يمكننا تكرار هذا التمرين لصدمات البروتونات المضادة للبروتونات. في عالم خال من odderons ، يجب أن يكون هذان القسمان المتشابهان متطابقين. لكن odderons تغير الصورة - هذه الأنماط الموجزة التي نسميها odderons تظهر بشكل أكثر إيجابية في الجسيمات الجسيمية من التصادمات المضادة للجسيمات ، والتي سوف تعدل قليلاً المقاطع العرضية.

المشكلة هي أنه من المتوقع أن يكون هذا الاختلاف صغيرًا جدًا ، لذلك ستحتاج إلى الكثير من الأحداث أو التصادمات قبل أن تتمكن من المطالبة بالكشف.

الآن ، إذا كان لدينا مصادم جسيمات عملاق يحطم البروتونات والبروتونات المضادة معًا بانتظام ، ويقوم بذلك في طاقات عالية وفي كثير من الأحيان يمكننا الحصول على إحصائيات موثوقة. أوه ، صحيح: نفعل ذلك ، مصادم هادرون الكبير.

في ورقة بحثية حديثة ، نُشرت في 26 مارس على خادم قبل الطباعة arXiv ، تم الإبلاغ عن تعاون TOTEM (في الاختصارات المضحكة للفيزياء عالية الطاقة ، يشير TOTEM إلى "المقطع العرضي الكلي ، الانتثار المرن وقياس التفكك للحيود في LHC") فروق ذات دلالة إحصائية بين المقاطع العرضية للبروتونات التي تحطم البروتونات الأخرى مقابل البروتونات التي تصطدم بالبروتونات المضادة. والطريقة الوحيدة لتفسير الاختلاف هي إحياء فكرة الأودرون التي استمرت لعقود. قد تكون هناك تفسيرات أخرى للبيانات (بعبارة أخرى ، أشكال أخرى من الجسيمات الغريبة) ، ولكن الأودرون ، كما يبدو ، هو المرشح الأفضل.

هل اكتشف TOTEM شيئًا جديدًا وغير تقليدي في الكون؟ بالتأكيد. هل اكتشف TOTEM جسيمًا جديدًا تمامًا؟ لا ، لأن odderons هي جسيمات شبه وليس جزيئات في حد ذاتها. هل لا يزال يساعدنا في تجاوز حدود الفيزياء المعروفة؟ بالتأكيد. هل يكسر الفيزياء المعروفة؟ لا ، لأنه تم توقع وجود odderons في فهمنا الحالي.

هل يبدو كل هذا غريبًا بعض الشيء بالنسبة لك؟

بول م. سوتر فيزيائي فلكي في جامعة ولاية أوهايومضيف اسأل رائد فضاء و راديو الفضاء، ومؤلف كتاب مكانك في الكون.